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作者：德州儀器 隨著世界變得越來越自動(dòng)化，使用常規(guī)立式吸塵器清潔房屋感覺苦不堪言。自2002年首臺(tái)真空機(jī)器人上市以來，清潔機(jī)器人的功能和可用選項(xiàng)大幅增加。事實(shí)上，許多優(yōu)質(zhì)機(jī)器人真空吸塵器目前已進(jìn)入第六代。 推動(dòng)這一變化的因素- 無論是比喻含義還是字面含義 - 是使您的現(xiàn)代真空機(jī)器人流暢運(yùn)行的一個(gè)器件 - 電機(jī)驅(qū)動(dòng)。如同今天的家用機(jī)器人助手一樣，電驅(qū)動(dòng)的尺寸持續(xù)縮小，同時(shí)性能也在提高。 在本文中，我將回顧真空機(jī)器人的主要特點(diǎn)和當(dāng)前趨勢，以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)如何幫助滿足這些要求。 展望未來，預(yù)計(jì)真空機(jī)器人將變得不那么笨拙（換言之，不那么容易迷失方向）且運(yùn)行更快。設(shè)計(jì)尺寸也將繼續(xù)縮小，使他們能夠清潔諸如廚柜或低間隙家具之類的狹窄部位。 真空機(jī)器人設(shè)計(jì)挑戰(zhàn) 電池壽命和可靠性是真空機(jī)器人面臨的兩大設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。大多數(shù)真空機(jī)器人都是電池供電的，并從電源座充電。真空機(jī)器人的典型框圖如圖1所示。 
圖1：真空機(jī)器人的部分 電機(jī)是真空機(jī)器人的重要組成部分。如何驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及使用何種電機(jī)驅(qū)動(dòng)決定電池壽命和可靠性。 讓我們回顧一下控制真空機(jī)器人消耗的大部分功率的主要系統(tǒng)模塊、所涉及的主電機(jī)，以及確定哪種電機(jī)驅(qū)動(dòng)將控制并降低功耗的系統(tǒng)要求： • 真空機(jī)器人的主吸力是通過一個(gè)運(yùn)行在3到4A的電機(jī)來完成的，通常具有高達(dá)8A的峰值電流。效率和全面保護(hù)是關(guān)鍵要求。該電機(jī)通常由無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以降低噪音并提高效率。 • 兩個(gè)雙向輪使用有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)。早期型號只能向一個(gè)方向移動(dòng)，但雙向輪在解鎖機(jī)器人或使其從困難的位置改變方向時(shí)非常有用。這些是低速電機(jī)，帶典<1A的典型均方根（RMS）額定電流。與光滑的瓷磚或硬木地板相比，需要更好的扭矩在諸如地毯等更粗糙的地板類型移動(dòng)。另一個(gè)關(guān)鍵要求是監(jiān)控輸出電流，且如果電流持續(xù)較長時(shí)間，則向微控制器（MCU）發(fā)送反饋，這可能表明真空機(jī)器人卡住了。 • 主刷使用位于真空機(jī)器人中心的有刷電機(jī)，用于攪動(dòng)和拉動(dòng)地板上的污垢。這是一款中速電機(jī)，額定RMS電流約為3A。 • 取決于真空機(jī)器人和品牌的類型，可能有一個(gè)或兩個(gè)單向側(cè)刷以中速運(yùn)行。這些側(cè)刷通過向內(nèi)朝向機(jī)器人的中心旋轉(zhuǎn)而將污垢驅(qū)動(dòng)到主刷上。RMS電流額定值<1A。 我提及的大多數(shù)電機(jī)都是有刷電機(jī)，RMS電流額定值從1A到3A不等， 在前幾代真空機(jī)器人中，跨分流電阻的外部電流感應(yīng)處理輸出電流的監(jiān)測和感應(yīng)。這些分流電阻器體積大，價(jià)格昂貴，占用了電路板上的大量空間。使用外接笨重的高值分流電阻也會(huì)增加功耗，從而減少機(jī)器人的電池使用時(shí)間。 圖3所示為早期一代真空機(jī)器人的框圖，其中DRV8870需要外部分流電阻來感應(yīng)電流，而外部放大器則需要向MCU發(fā)送反饋。這需要額外的電路板空間，增加成本，并增加了布線復(fù)雜性和維護(hù)。 將DRV8870替換為DRV8874或DRV8876無需感應(yīng)電阻和放大器，因?yàn)殡娏鞲袘?yīng)反饋在內(nèi)部發(fā)生，如圖2所示。
圖2：驅(qū)動(dòng)雙向電機(jī)，將DRV8870替換為DRV8874或DRV8876的示例 圖3所示為DRV8870和DRV8876之間分流電阻尺寸的減小。
圖3：DRV8870和DRV8876的外部分流電阻尺寸 如果電機(jī)需要為雙向型（如在車輪或主刷電機(jī)中），則驅(qū)動(dòng)需要兩個(gè)輸入（N1和N2），以使用兩個(gè)MCU管腳驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 真空機(jī)器人還具有單向側(cè)刷。使用單向驅(qū)動(dòng)時(shí)，DRV8874或DRV8876只需要一個(gè)輸入管腳（EN管腳），從而減少M(fèi)CU引腳，如圖4所示。
圖4：使用DRV8874或DRV8876驅(qū)動(dòng)單向電機(jī) DRV8874和DRV8876具有多種優(yōu)勢，可延長電池壽命和可靠性。集成電流感應(yīng)無需外接分流電阻器，節(jié)省了材料成本和空間，同時(shí)顯著減少了設(shè)計(jì)工作量。 電流感應(yīng)的增加也無需用于反饋的外接增益放大器。這些器件的低睡眠電流和無龐大的分流電阻有助于降低功耗并延長真空機(jī)器人的電池壽命，而內(nèi)部電流感應(yīng)可實(shí)現(xiàn)主動(dòng)失速監(jiān)控，以確定電機(jī)是否卡在某個(gè)位置，或者是否有車輪老化或磨損。要了解有關(guān)內(nèi)部電流感應(yīng)和IPROPI的更多信息，請參閱技術(shù)文檔[1]。 DRV887x系列有刷電機(jī)采用Pin-2管腳RDS(on)可擴(kuò)展型，可覆蓋高達(dá)10A的寬范圍峰值電流。DRV8876采用3mm×3 mm四方扁平無管腳封裝。 隨著真空機(jī)器人的實(shí)用性增加，它們的功耗和再充電所需的時(shí)間也增加。通過添加集成功能，DRV8876和DRV8874可在節(jié)省空間和成本的同時(shí)降低總體功耗，從而有助于解決公用事業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。 |
